ів вода - ацетон складу 1: 2 малоймовірно, а формування комплексів ДМФА - вода складу 1: 2 і навіть 1: 3 цілком імовірно. Обчислення показують, що середня енергія, необхідна для розщеплення Н-зв'язки між молекулами води, дещо збільшується при додаванні органічного компонента. Середнє число зв'язків органічний розчинник - вода зменшується зі збільшенням мольної частки органічного компонента. Лінійна екстраполяція до нульової концентрації показує, що в нескінченно розбавленому розчині молекула ацетону утворює в середньому одну зв'язок, а молекула ДМФА утворює в середньому 1,8 зв'язків з молекулою води.
В роботі [4] методом молекулярної динаміки були проведені розрахунки для сумішей води з метанолом і ацетоном в NVT ансамблі при N=128, T=298K, а також для водного аміаку в NPT ансамблі при N=216, T=273K. Для опису міжмолекулярних взаємодій автори роботи використовували параметри парно-адитивного потенціалу FHMK, прокалиброванний за властивостями чистих рідин.
Функція парного розподілу атомів кисню в молекулі води має пік при 2,8?. Еквімолярних суміші води з аміаком, метанолом і ацетоном мають піки при тому ж значенні, однак інтенсивність піків зростає при переході від чистої води і розчину аміаку до метанолу і ацетону. За графіками зміни інтенсивності піків для атома кисню від мольної частки другого компонента в різних сумішах автори роботи [4] зробили висновок про те, що у водно-органічних сумішах близько молекули води групується більше інших молекул води, ніж в чистій воді.
На малюнку 2 показана функція розподілу, яка показує гідратацію атома кисню гідроксильної групи в молекулі метанолу та атома вуглецю метильної групи. Функція OM-OW дозволяє розрахувати, що в середньому атом кисню гідроксильної групи оточує 2,6 молекули води в радіусі 3,4?, А вуглець метильної групи знаходиться в оточенні 16 молекул води. Дана картина спостерігається для досить розведеного розчину метанолу у воді (xметанол=0,125).
Рис. 2 - Парна функція розподілу g (R) для суміші вода-метанол при xметанол=0,125, n - координаційне число на відстані менше зазначеного стрілкою
Для оцінки числа водневих зв'язків різного типу в водно-органічних сумішах в даній роботі були використані ті ж геометричні критерії, що використовувалися для чистого метанолу в роботі [5]: R (O ... O)? 3,5 ?, R (O ... H)? 2,6 ?, кут H-O ... H? 300. Малюнок 3 показує, як змінюється число водневих зв'язків на молекулу від складу сумішей.
Рис. 3 - Зміна кількості водневих зв'язків на молекулу від складу для водних сумішей: а - метанол, б - ацетон, в - аміак
Автори [4] визначили загальне число акцепторних і донорних зв'язків на кожну молекулу в сумішах наступним чином (нижче наведений приклад для суміші вода-метанол):
(1), де і - середня кількість водневих зв'язків на один атом кисню в метанолі з протонами метанолу та води відповідно.
У чистій воді молекули води утворюють 4 водневих зв'язку. З додаванням метанолу кількість 4-координованих молекул води зменшується, в той час як число 3-х і 2-х координованих збільшується. У чистому метанолі переважають 2-х координовані молекули метанолу. Додавання молекул води збільшує число водневих зв'язків на молекулу метанолу. Зміна кількості водневих зв'язків в суміші вода-ацетон аналогічно метанолу .. Freitas і J. Cordeiro в роботі [6] провели вивчення суміші вода-тетрагидрофуран (ТГФ) методом Монте-Карло. Метою роботи було вивчення водневих зв'язків у даній суміші шляхом аналізу ФРР Hw-OTHF і Ow-OTHF. Перший пік ФРР Hw-OTHF близько 1,94? і другий пік на ФРР Ow-OTHF близько 2,85? можна віднести до утворення водневих зв'язків. Результати дослідження показують, що становище піків Hw-OTHF і Ow-OTHF практично не залежать від кількості води в суміші.
Аналіз кількості водневих зв'язків між молекулами вода-вода і вода-ТГФ представлені на малюнку 4.
Рис. 4 - Зміна кількості водневих зв'язків на одну молекулу від мольної частки води в суміші: А - зв'язку вода-вода в суміші вода-ТГФ, B - зв'язку вода-вода в суміші вода-метанол і C - зв'язку вода-ТГФ в суміші водо-ТГФ
Як видно з графіка, в області, багатої водою (0,8? хW? 1), на одну молекулу ТГФ доводиться приблизно одна воднева зв'язок. При цьому спостерігається деяке зниження кількості водневих зв'язків між молекулами води. Дана тенденція посилюється при збільшення вмісту ТГФ в суміші.
На малюнку 5 представлений графік зміни енергій взаємодій між молекулами.
Рис. 5 - Енергія взаємодії на одну молекулу від мольної частки води в суміші: WW - енергія взаємодії вода-вода, THF-THF - енергія взаємодії ТГФ-ТГФ і W-THF - енергія взаємодії вода-ТГФ
Малюнок 5 показує, що енергія, необхідна для руйнування зв'язку вода-вода в суміші вода - ТГФ більше, ніж енергія, що виділяється при взаємодії води з молекулами ТГФ. Цей результат узгоджується з експериментальними...
